JP4876665B2

JP4876665B2 - 欠陥検査方法

Info

Publication number: JP4876665B2
Application number: JP2006084603A
Authority: JP
Inventors: 恒生伊倉; 浩範安川; 靖久石倉; 俊哉大谷
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: JP2007256238A

Description

本発明は、プラズマディスプレイパネル、半導体、液晶表示パネル、フィールドエミッションディスプレイなどの製造工程において、対象基板上にある突起欠陥あるいは凹み欠陥を検出し、判定する欠陥検査方法に関する。

近年、壁掛けテレビや公衆表示装置への期待が高まっており、そのための大画面表示デバイスとして、液晶表示パネル（ＬＣＤ）、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイ等の数多くの表示デバイスが提案されている。これらの表示デバイスの中でもプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）は、自発光型で美しい画像表示ができ、大画面化が容易である等の理由から、視認性に優れた薄型の大画面表示デバイスとして注目されており、さらなる高精細化および大画面化に向けた開発が進められている。

このＰＤＰには、大別すると、駆動的方式からＡＣ型とＤＣ型があり、放電形式では面放電型と対向放電型の２種類があるが、現状では、高精細化、大画面化および製造の簡便性により、ＡＣ型で面放電型のＰＤＰが主流を占めるようになってきている。

一般的なＰＤＰは、蛍光体を塗布した微小放電セルを縦、横マトリクス状に配置し、各セルの放電を制御することにより画像を表示するデバイスである。前面板ガラス上には透明電極膜が形成され、この透明電極を通して蛍光体面の発光を観察する。透明電極は高抵抗であるが、部分的に金属配線（バス電極）を並行して付加し高い放電電流を可能としている。主放電電極上には厚さ数１０μｍの透明低融点ガラスからなる誘電体が形成され、さらにその上層には耐スパッタリング性能を高め、同時に放電特性を改善するために厚さ１μｍ程度のＭｇＯなどの薄膜が保護層として形成されている。

背面板には個々の放電部を分離するために高さ１００μｍ程度の隔壁が形成され、Ｒ、Ｇ、Ｂに対応した蛍光体がセル内に塗布形成されている。蛍光体層の下には厚さ１０μｍ程度の誘電体層が形成され、さらにその下層には主放電電極と直交する方向にアドレス電極が形成されている。

このような構成の前面板と背面板とをシーリング材で接合し、放電空間を形成する。その後、放電空間内の雰囲気をＸｅ、Ｎｅ、Ｈｅ等からなる放電ガスで常圧よりも低い圧力に置換することによりＰＤＰが製造される（例えば、非特許文献１参照）。

ところで従来の製造工程においては、前面板表面の欠陥が検査されている。これは前面板の表面に所定の高さ、面積以上の突起欠陥が存在すると、背面板と張り合わせた時に、隔壁を破損させたり、突起欠陥のために正常な放電ができなくなるなどの欠陥が発生する場合がある。

そのため、突起欠陥の高さおよび面積を検査し、適合、不適合判定を行うことが非常に重要である。

対象基板上の突起形状を非接触で測定する手法は既に提供されていて、垂直走査光干渉方式、レーザー共焦点方式などが一般的である。例えば垂直走査光干渉方式の技術では最大１０ｍｍ角程度の視野サイズで、高さ測定範囲０〜１００μｍ、高さ測定分解能１ｎｍの測定能力がある。また例えばレーザー共焦点方式の技術では最大１.４ｍｍ×１．０ｍｍ程度の視野サイズで、高さ測定範囲０〜７ｍｍ、高さ測定分解能１０ｎｍの測定能力がある。これらの方法では非常に精密な測定が可能であるが、一回の測定の所要時間が数十秒から数分かかるために、基板サイズが数メートル角に及ぶ大画面表示デバイス製造工程でデバイス全面を検査する方法として採用することは生産タクトの観点から困難である。

一方、特許文献１には対象基板とほぼ垂直な方向から光束を照射するとともに、対象基板からの散乱光を検出し、対象基板の欠陥を検出する技術が開示されている。この方法においては高速ラインセンサーを使用することで、大画面表示デバイス製造工程でデバイス全面を検査する方法としては有効である。

特許文献２には偏光特性を持つレーザー光を対象基板に照射し、受光素子を用いて対象基板からの反射光を受光する技術が開示されている。この技術は、受光した反射光によって突起欠陥の有無を判断し、その後、別の受光手段によってその反射光を画像処理することで突起欠陥の傾斜角度を計測し、さらにその計測結果から三角測量によって高さを計測する技術である。この方法においては高速レーザースキャニングシステムを使用することで、大画面表示デバイス製造工程でデバイス全面を検査する方法としては有効である。
プラズマディスプレイ放電発光調査専門委員会、プラズマディスプレイ放電と発光効率、電気学会技術報告、第８３０号、２００１年５月３０日発行ページ５〜７特開２００３−８６１０３号公報特開２００４−２１９１１９号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている欠陥検出方法においては対象基板とほぼ垂直な方向から光束を照射し散乱光を検出することにより対象基板の欠陥を検出する方式であるが、欠陥の形状を計測し判定する機能は具備していない。そのために様々な形状の欠陥が存在する基板の合否を判定することは困難であると推測される。

また特許文献２に開示されている欠陥検査方法においては突起欠陥に照射し、後方への散乱光を受光素子により検出する方式であるために、突起欠陥の傾斜角度を検出するためには入射角は低角度で固定する必要があり、様々な角度を持つ突起欠陥に対しては複数の受光部を備えること、あるいは受光部を可動させることが求められる。このため装置の複雑化、コスト高および検査時間の増大が懸念される。

ここで、上記の欠陥形状とは、欠陥の面積、直径、半径のみならず、突起欠陥での高さ、凹み欠陥での深さ、アスペクト比（欠陥の高さまたは深さ／欠陥の面積または直径または半径）などを含めた欠陥の大きさを表す指標を意味する。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、低コストかつ短時間で基板上の突起欠陥の形状を検出し合否を判定する方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の欠陥検査方法では対象基板上方から拡散光を照射し前記対象基板表面からの反射光の光量を光学センサーにより検出する工程と、前記光学センサーによって検出された信号を階調分布に変換する工程と、前記階調分布から欠陥候補部を抽出する工程と、前記欠陥候補部における前記階調分布の極大値と最小値の差分から前記欠陥候補部のアスペクト比を算出する工程と、前記欠陥候補部の面積を算出する工程と、前記欠陥候補部のアスペクト比および面積から前記欠陥候補部を合否判定する工程を備えている。

また本発明の欠陥検査方法では、前記対象基板上の突起欠陥または凹み欠陥を前記欠陥候補部として検出しても良い。

本発明の欠陥検査方法によれば、対象基板上方から拡散光を照射し、前記基板表面からの反射光を光学センサーにより検出し、画像処理することにより突起欠陥の形状を検出することができるため、基板全面において、低コストかつ短時間で突起欠陥の合否判定を行うことが可能になる。

以下、本発明の欠陥検査方法について、図面を参照しながら説明する。

本発明のある実施の形態における欠陥検査方法について、ＰＤＰの製造工程において、背面板と張り合わせる前の前面板表面の突起欠陥検査を例に挙げて説明する。

図１はＡＣ型カラーＰＤＰの一例を示す断面図、図２は本発明のある実施の形態における欠陥検査方法を実現することが可能な欠陥検査装置を示す図、図３および図４は本発明のある実施の形態における突起欠陥アスペクト比検出原理を示す図である。

最初に、本発明のある実施の形態による欠陥検査方法において検査対象となるＰＤＰの構造および製造方法について説明する。一般に、ＰＤＰは前面基板と背面基板の２枚のガラス基板を貼り合わせた構造になっている。前面基板には表示電極と誘電体層、保護層などが形成され、背面基板にはアドレス電極、隔壁、蛍光体層などが形成されている。これらのガラス基板を対向配置させて放電空間を形成し、放電空間にＮｅ、Ｘｅなどの希ガスを主体とするガスを封入した構造になっている。

図１においてそれぞれ図１（ａ）、図１（ｂ）はＰＤＰ２０の互いに直交する方向の断面を示している。背面基板１には、ストライプ状のアドレス電極２、それを覆う誘電体層３、それらの放電を仕切るストライプ状または格子状の隔壁４が形成され、さらに各隔壁４の間には赤色、緑色、青色の蛍光体層５が形成されている。前面基板６にはアドレス電極２と直交する形で透明電極７とバス電極８からなる表示電極が設けられ、さらに透明電極７とバス電極８を覆って誘電体層９およびＭｇを主成分とする酸化膜よりなる保護層１０が形成されている。表示を行う最小単位である放電セル１１は、２組の透明電極７・バス電極８と１本のアドレス電極２、隔壁４で囲まれた領域から成る。この放電セル１１内の２本の表示電極間に交流電圧を印加し放電によって生じる真空紫外線により、蛍光体層５の蛍光体を励起発光させて前面基板６を透過する光で任意のカラー画像表示を行うものである。

続いて、ＰＤＰの製造方法について簡単に説明する。始めに、前面基板６の製造方法について簡単に説明する。

ガラス基板上に透明電極７・バス電極８やアドレス電極２などの電極を形成する方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、メッキ法、スクリーン印刷法、コーティング法、フィルムラミネート法などによってガラス基板上に電極材料の膜を形成し、これをフォトリソグラフィー法によってパターニングする方法と、スクリーン印刷あるいはオフセット印刷によりパターニングする方法とがある。メッキ法、スクリーン印刷法、コーティング法などの湿式成膜方法を適用した場合には、成膜後に乾燥、焼成などの熱処理が必要な場合もある。

次に、誘電体層３、９を形成する方法もスクリーン印刷法、ロールコーティング法、ダイコーティング法、フィルムラミネート法などが用いられる。誘電体層３、９も湿式方法で形成した場合には、乾燥、焼成などの熱処理が必要な場合もある。

そして、誘電体層９上に保護層１０を形成する方法としては、スクリーン印刷法、スパッタ法、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法、有機金属原料を用いた熱ＣＶＤ（化学的気相成長法）等がある。現在では蒸着源のＭｇを主成分とする金属酸化物ペレットに電子銃を用いて発生させた大電流の電子ビームを照射して蒸着源を加熱蒸発させ、酸素雰囲気中でＭｇを主成分とする金属酸化物であるＭｇＯ薄膜を形成させる電子ビーム蒸着法が最も広く用いられている。

続いて背面基板１に隔壁４を形成する方法としては、アドレス電極２および誘電体層３を形成後のガラス基板上にコーティング法やスクリーン印刷法などにより、隔壁４用材料で厚膜を形成後、フォトレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィー法を用いて隔壁４用材料のサンドブラストに耐性があるパターンをフォトレジスト膜で形成した後に、フォトレジスト膜をマスクとして不要部分を削り取り、隔壁４部分のみを残すサンドブラスト法、あるいはアドレス電極２および誘電体層３を形成後のガラス基板上に感光性を有する隔壁４用材料ペーストをコーティング法により成膜後に、フォトリソグラフィー法により直接隔壁４をパターニング形成する方法、隔壁パターンをマスク化したスクリーンを用い、隔壁４用材料のペースト（インク）で印刷を複数回繰り返し、乾燥させて隔壁４を形成するスクリーン印刷法などがある。

また、蛍光体層５を形成する方法としては、ディスペンサーによる塗布法や、スクリーン印刷法により隔壁４の間に各色の蛍光体ペーストを選択的に充填する方法などがあり、通常蛍光体ペースト塗布後に乾燥工程、焼成工程を経て蛍光体層５が形成される。

次に、本発明の欠陥検査方法を実現する検査装置の実施の形態について図２を参照しながら説明する。

図２において検査対象基板として前面板１００を記載してある。ラインセンサー１０１は４０９６画素と８ビットの階調分解（０〜２５５階調）が可能なＡ／Ｄ変換基板を備えた光学センサーである。対物レンズ１０２はラインセンサー１０１の１画素を検査対象基板の１０μｍ角の画素分解能に設定し、１５０μｍのフォーカスマージンを得られる。また境筒１０３は、ボリュームスイッチにより照度調整機能を備えたハロゲンランプ１０４から光ファイバー１０５を経由し、検査対象基板に拡散光を照射できるように透過率５０％のハーフミラー１０６を備えている。

さらにコンピュータ１０７は、ラインセンサー１０１にて検出した画像を処理し、突起欠陥の面積および形状を算出できる機能を有する３２ビット・３ＧＨｚ動作のＣＰＵ、一時的な画像記憶装置として１ＧバイトのＤＲＡＭおよび画像保存装置として８０Ｇバイトのハードディスクを備えている。そしてステージ１０８は対象基板をメカニカルストッパーにより水平固定することが可能である。

本発明の欠陥検査方法を実現する欠陥検査装置１０９はこれら１０１〜１０８の装置によって構成される。

次に本発明の欠陥検査方法の形状認識手法について図３〜図４、図７を参照しながら説明する。

図３（ａ）および図４（ａ）は、検査対象基板上にある突起欠陥と、その突起欠陥に拡散光を照射し反射した光量についての概略図であり、図中の矢印は反射した光量を示し、矢印が長くなることで光量が大きくなることを示している。そして図３（ｂ）および図４（ｂ）は突起欠陥から反射した光量をラインセンサー１０１で受光し、そのアナログ画像を２５５階調にディジタル変換した後の突起欠陥画像の一断面を階調表現した図を示している。

この実施の形態においてはハロゲンランプの照度、ラインセンサーカメラレンズ絞り、走査速度の調整によって、欠陥が無い部分の階調が１２０〜１６０階調になるように、欠陥部分の最低階調が２０〜６０階調になるように予め設定した。

上記したように本発明の欠陥検査方法は、検査対象基板に拡散光を照射し、反射光を光学センサーで受光する手法を用いている。このため、検査対象基板上の突起欠陥の有無に応じて、さらには突起欠陥の形状に応じて、得られる上記の突起欠陥画像およびその断面階調表現には差違が生じる。

検査対象基板上に突起欠陥が存在した場合、突起部分から反射しラインセンサー１０１で検出される光量は少なく、欠陥が無い平坦部と比較して低階調となる。

そして突起欠陥の頂上部において反射しラインセンサー１０１で検出される光量は、突起欠陥の中腹部において反射して検出される光量よりも大きくなるため、階調表現した図では頂上部に相当する位置において極大値を持つこととなる。

ここで突起欠陥のアスペクト比（欠陥高さ／欠陥面積または直径または半径）が小さい場合、すなわち突起欠陥頂上部の形状が緩やかで平坦に近い場合、突起欠陥頂上部で反射しラインセンサー１０１で検出される光量は大きく、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように上記した頂上部における極大値も大きくなる。

一方、突起欠陥のアスペクト比が大きい場合、すなわち突起欠陥頂上部の形状が急峻な場合、突起欠陥頂上部で反射しラインセンサー１０１で検出される光量は小さく、上記した頂上部における極大値も小さくなる。

さらに突起欠陥のアスペクト比が上記よりも大きくなる場合、突起欠陥頂上部で反射しラインセンサーで検出される光量はさらに小さくなり、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように突起欠陥頂上部において極大値が存在しない場合がある。

このように、突起欠陥のアスペクト比は、上記した検出される光量、すなわち突起欠陥頂上部の極大値と突起欠陥中腹部の最小値の階調差分値と相対的な関係がある。図７にこの突起欠陥アスペクト比と前記階調差分値との関係を示した図を示す。図７はあらかじめ検出した突起欠陥について、本発明の手法によって突起欠陥頂上部の極大値と突起欠陥中腹部の最小値との階調差分値を測定した数値を横軸に、そしてその突起欠陥を別途レーザー共焦点方式などによって測定したアスペクト比を縦軸に、プロット・外挿した一例である。

すなわち、突起欠陥の反射光量分布を測定し、突起欠陥の頂上部の極大値と中腹部の最小値の階調差分値を、この図に適用することによって、突起欠陥のアスペクト比を見積もることができる。

また突起欠陥頂上部に検出光量の極大値を持たない場合には、その突起欠陥頂上部の光量が最小値となるので、上記の階調差分値は０となり、同様にこの値から突起欠陥のアスペクト比を見積もることができる。

以下に、上記の本発明の欠陥検査手順の一例について、図５〜図７を参照しながら説明する。

予め対物レンズ１０２の焦点は前面板１００表面に合うように高さを調整した欠陥検査装置１０９に、透明電極、バス電極上に５０μｍの膜厚になるように誘電体層を塗布・乾燥・焼成処理を施した厚さ３ｍｍ、対角４２インチ、長辺９５０ｍｍ、短辺４８０ｍｍの前面板１００を誘電体層が上になるように欠陥検査装置１０９に設置した（ステップ１）。

次にラインセンサー１０１を前面板１００の基板端から長辺方向（電極パターン方向）に沿って毎秒０．２ｍの速度で走査させた。実施の形態においてはラインセンサー１０１の１画素で前面板１００を１０μｍ角の分解能で検査することが可能な仕様のレンズを備えているため、１回の走査で前面板１００の約４ｃｍ幅を検査することが可能である。

よって１回の走査完了後、ラインセンサー１０１を短辺方向に沿って４ｃｍ移動させ、次回の走査を実施した。このようにして前面板全面を検査するために１２回の走査を行い、約６０秒でラインセンサー１０１の走査が完了した（ステップ２）。

次にラインセンサー１０１からコンピュータ１０７へ送り出したアナログ画像を２５５階調のディジタル画像に変換し、ノイズ除去を行った。ここで欠陥候補部を抽出するために一般的に供されている隣接比較処理を行った。隣接比較に関して、走査方向（ここでは長辺方向）は、注目画素から前後距離１ｍｍの画素を隣接比較対象画素とし、走査と垂直方向（ここでは短辺方向）では、注目画素と同様の電極パターンとする必要があるため、電極パターンの繰り返し距離である１．０８ｍｍ離れた画素を隣接比較対象画素とした（ステップ３）。

ここで隣接比較対象の４画素全てにおいて注目画素との階調差（隣接比較対象画素階調−注目画素階調）が４５階調以上の場合に欠陥候補画素として抽出する。その後、一般的に供されている結合処理によって、欠陥候補画素から５０μｍ以内の距離に存在する欠陥候補画素を結合させ、一つの欠陥候補として抽出した。続いて同一の欠陥候補に含まれる画素数から面積を算出した。欠陥候補の一例を示すところ１１３００μｍ²であった。以降この欠陥候補を欠陥候補Ａとする（ステップ４）。

次に図６（ａ）に示すように欠陥候補Ａの隣接比較処理を行う前のディジタル画像を抽出し、欠陥候補Ａ断面の階調分布を求めるための画像処理を行い、図６（ｂ）に示すＸ０−Ｘ１断面の階調分布を得た（ステップ５）。

続いて突起欠陥頂上部の極大値と中腹部の最小値との階調差分値を求めたところ７階調差であった。図７に示すあらかじめ取得した階調差分値と欠陥アスペクト比の関係（ここでアスペクト比は１００００＊欠陥高さ[μｍ]／欠陥面積[μｍ²]で示される。）から欠陥候補Ａのアスペクト比として５．３を算出した（ステップ６）。

次に欠陥候補Ａのアスペクト比５．３と面積１１３００μｍ²から欠陥候補Ａ高さを６．０μｍと算出した（ステップ７）。

続いて予め設定しておいた突起面積と突起高さの欠陥合否に関する閾値と照合して欠陥候補Ａの合否判定を行った（ステップ８）。

ステップ５〜８の処理を検出した欠陥候補全てに対して同様の手順で行い突起面積および突起高さを算出し、それぞれの欠陥候補の合否判定を行った結果から、最終的に前面板１００の適合、不適合を判定した（ステップ９）。

なお、ステップ３〜８の画像処理はラインセンサー１０１の走査後、連続的にコンピュータ１０７に信号を送り並行処理することにより、検査時間の短縮化を図った。

以上説明したように、本発明の欠陥検査方法によれば拡散光照射照明系、ラインセンサーおよび画像処理用コンピュータを備え、検査対象基板からの反射光をラインセンサーにより検出した二次元画像から突起欠陥面積と突起欠陥高さを求めることができるために、基板上突起欠陥の合否判定を低コストかつ短時間で行うことができる。

本発明の実施の形態においては、突起面積と突起高さから欠陥候補の合否を判定したが、突起直径と突起高さから欠陥候補の合否を判定することも可能である。

また本発明はこの実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて様々な形態で実施することができ、それらも本発明に含まれることは言うまでも無いことである。

たとえば実施の形態においてはラインセンサーの画素分解能を１０μｍ角として説明したが、検査対象により画素分解能を変更することができる。さらに実施の形態においては８ビットの階調分解能を持つラインセンサーを示したが、１０ビットあるいは１２ビットの階調分解能を持つラインセンサーも使用可能である。なお実施の形態においては注目画素から１ｍｍ離れた４画素との隣接比較処理により欠陥候補を抽出しているが、検査対象に合わせて変化させても良く、比較対象画素数も４画素に限定されるものでは無い。

さらに検査対象基板に繰返しパターンが存在しない場合には任意の二値化閾値を設定し、検査画像全体を黒と白に２分することにより、黒欠陥として欠陥候補を抽出することも可能である。

また実施の形態においてはＰＤＰの製造工程において、背面板と張り合わせる前の前面板表面の欠陥検査を例に挙げて説明したが、半導体、液晶パネルなどの基板上の突起欠陥を検査する場合も同様である。

また実施の形態においては、基板上の突起欠陥を判定する方法を示したが、反射光強度によって欠陥を検出する本発明の検査原理からは、基板上凹み欠陥も同様の方法で判定することができる。

以上のように本発明によれば、対象基板の欠陥を検出することができ、ＰＤＰなどの製造工程において有用な発明である。

ＡＣ型カラーＰＤＰの一例を示す断面図本発明のある実施の形態における欠陥検査装置を示す概略図本発明のある実施の形態における突起欠陥アスペクト比検出原理を示す説明図本発明のある実施の形態における突起欠陥アスペクト比検出原理を示す説明図本発明のある実施の形態における検査ステップを示す説明図本発明のある実施の形態における画像処理結果を示す説明図突起欠陥アスペクト比と階調差分値との関係を示す説明図

符号の説明

１００前面板
１０１ラインセンサー
１０２対物レンズ
１０３鏡筒
１０４ハロゲンランプ
１０５光ファイバー
１０６ハーフミラー
１０７コンピュータ
１０８ステージ
１０９欠陥検査装置

Claims

対象基板上方から拡散光を照射し前記対象基板表面からの反射光の光量を光学センサーにより検出する工程と、前記光学センサーによって検出された信号を階調分布に変換する工程と、前記階調分布から欠陥候補部を抽出する工程と、前記欠陥候補部における前記階調分布の極大値と最小値の差分から前記欠陥候補部のアスペクト比を算出する工程と、前記欠陥候補部の面積を算出する工程と、前記欠陥候補部のアスペクト比および面積から前記欠陥候補部を合否判定する工程を備えた欠陥検査方法。
前記対象基板上の突起欠陥または凹み欠陥を前記欠陥候補部として検出することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。